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Rechner für die Forschung

Supercomputer des KIT erzielt internationale Spitzenwerte

26. Juli 2021, 11:00 Uhr   |  Lukas Steiglechner | Kommentar(e)

Supercomputer des KIT erzielt internationale Spitzenwerte
© Amadeus Bramsiepe / KIT

Der neue Superrechner Horeka des KIT zählt zu den 15 schnellsten Rechnern Europas. Auf der internationalen Top-500-Liste der schnellsten Supercomputer schafft er es auf Platz 52. Bei der Energieeffizienz landet er auf Rang 13. Der Rechner soll vor allem in der Forschung Einsatz finden.

Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) hat den Hochleistungsrechner Karlsruhe (Horeka) in Betrieb genommen. Am 30. Juli 2021 soll Horeka eingeweiht und der Wissenschaft übergeben werden. WissenschaftlerInnen aus ganz Deutschland sollen den Rechner nutzen, um in verschiedenen Bereichen forschen zu können, in denen komplexe Rechenaufgaben bewältigt werden müssen.

Horeka ist ein Hybridsystem und besteht aus zwei Komponenten. „Horeka-Green“ umfasst den Bereich mit den auf Grafikprozessoren (GPUs) basierenden Rechenbeschleunigern. „Horeka-Blue“ umfasst den Bereich mit handelsüblichen Standardprozessoren (CPUs). Mit Horeka-Green schafft es der Supercomputer auf Platz 52 der Top-500-Liste, die die schnellsten Supercomputer der Welt aufzählt. Dabei schafft der Rechner bei der Benchmark-Anwendung der Liste eine Rechenleistung von acht PetaFLOPS. Aufgrund seines hybriden Systems taucht Horeka ein zweites Mal auf Platz 119 mit 2,33 PetaFLOPS der Horeka-Blue-Komponente auf. Insgesamt kann der Horeka eine Spitzenleistung von 17 PetaFLOPS erreichen. 17 PetaFLOPS bedeutet, dass er ungefähr 17 Billiarden Rechenoperationen in der Sekunde durchführen kann, was etwa der Leistung von 150.000 Laptops entspricht.

Ein Rechner für die Wissenschaft

Das System des Rechners umfasst fast 60.000 Intel Xeon „Ice Lake“-Prozessorkerne, mehr als 220 Terabyte Hauptspeicher sowie 668 NVDIA A100 Tensor Core GPUs. Als Kommunikationsnetzwerk kommt ein non-blocking NVIDIA Mellanox InfiniBand-HDR-Netzwerk mit 200 GBit/s pro Port zum Einsatz. Als Datenablage dienen zwei parallele Spectrum-Scale-Dateisysteme mit einer Gesamtkapazität von mehr als 15 Petabyte. Dadurch schafft der Horeka im Vergleich zum Vorgängersystem einen bis zu viermal höheren Speicherdurchsatz.

Holger Hanselka, Präsident des KIT, sagt: „Hochleistungsrechner tragen in der Wissenschaft entscheidend dazu bei, schnelle Lösungen für unsere drängendsten Herausforderungen zu finden: Das gilt für in der Energie- und Klimaforschung genauso wie für die Forschung für die nachhaltige Mobilität, aber auch für die Materialwissenschaften und die Medizin.“ Horeka soll diesen Ansatz in der Forschung ermöglichen. Die Beschleunigerprozessoren von NVIDIA erreichen bei bestimmten Rechenoperationen eine hohe Leistung. Etwa das Lösen von Gleichungssystemen oder die Simulation von Neuronalen Netzen in der Künstlichen Intelligenz, welche bedeutend für die Forschung sind. Für andere Operationen sind hingegen die Standardprozessoren von Intel deutlich besser geeignet.

„Je schneller Hochleistungsrechner mathematische Gleichungen lösen und Daten verarbeiten, desto detailreicher und zuverlässiger werden die Simulationen, die damit betrachtet werden können“, erläutert Jennifer Buchmüller, Leiterin des Bereichs High Performance Computing am Steinbuch Centre for Computing des KIT. „In vielen wissenschaftlichen Fachbereichen wie den Erdsystem- und Klimawissenschaften, der Materialforschung, der Teilchenphysik und dem Ingenieurwesen sind Supercomputer folglich nicht mehr aus dem Alltag der Forschenden wegzudenken.“

Auch bei Energieeffizienz vorne dabei

Ein Problem der Supercomputer ist jedoch, dass sie wegen ihrer hohen Rechenleistung viel Energie verbrauchen. Deshalb ist es umso wichtiger, in diesem Bereich effizient zu sein. Der Horeka schafft es im internationalen Vergleich der Green-500-Liste auf Platz 13. Die Energieeffizienz schafft der Supercomputer durch eine Heißwasser-Kühlung des Gebäudes. Die Abwärme beheizt in kälteren Jahreszeiten auch Büroräume.

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